Дифференциальные усилители

Дифференциальные усилители дают возможность усиливать слабые сигналы на фоне сильных синфазных сигналов (помех).

Функциональная схема дифференциального усилителя показана на рис. .3.

Вход схемы дифференциального усилителя должен быть по возможности симметричным.

В схемах дифференциального усилителя, как правило используется прецизионные резисторы с допуском по номиналу не хуже 1 %. Если Е₁ заменить коротко замкнутой цепью (точку 1 соединить с землей), то для источника сигнала Е₂ схема будет выглядеть как инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления равном – m (согласно формуле (.4). Следовательно, при этом выходе будет напряжение (формула .3):

Теперь представим, что замкнут на коротко источник Е₂ (точка 2 на земле), тогда Е₁ делится между резисторами R и mR, и на входе (+) оказывается напряжение Е₁m / (1+m). Для этого напряжения схема представляет неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 1+m и

(формулы .8 и 9)

Следовательно Е₁ усиливается схемой в m раз. Когда на входах (+) и (-) присутствуют оба напряжения Е₁ и Е₂ соответственно напряжение на выходе усилителя будет:

(.12)

Это уравнение показывает, что выходное напряжение дифференциального усилителя V_вых пропорционально разности напряжений,

приложенных ко входам (+) и (-).

 

Рис3 Схема дифференциального усилителя

 

Коэффициент m называется дифференциальным коэффициентом усиления, он определяется соотношением сопротивлений резисторов в схеме.

(.13)

Очевидно, что при Е₁ = Е₂ выходное напряжение должно быть равно нулю. Другими словами для синфазного входного напряжения V_вых= 0.

Это будет так, если равны между собой отношения сопротивлений резисторов mR и R₁, задающих коэффициент усиления инвертирующего усилителя, и резисторов mR и R цепи делителя напряжения (на входе (+)), а так же наличие симметрии в самом операционном усилителе.